[發(fā)明專利]基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置及測(cè)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111101154.6
• 申請(qǐng)日: 2021-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113804616B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田煜;李新新;李小松;李綠洲;孟永鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N19/02
• 分類(lèi)號(hào): G01N19/02
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 吳婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置及測(cè)定方法。其中該裝置包括兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組件、平衡杠桿組件、樣品臺(tái)組件、彈簧和角度測(cè)量單元，兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組件包括相互垂直的水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸；平衡杠桿組件的平衡杠桿可俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)地與俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，從而使得平衡杠桿組件可繞俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)以及可與水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸同步進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)；第一平衡調(diào)節(jié)件和第二平衡調(diào)節(jié)件分別單獨(dú)用于調(diào)節(jié)平衡杠桿處于水平狀態(tài)；滾子用于放置在上試樣和下試樣之間；兩根彈簧對(duì)稱分布于平衡杠桿組件的相對(duì)兩側(cè)；角度測(cè)量單元與水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)滾子與剛性平面之間的滾動(dòng)摩擦的測(cè)定，可以精確測(cè)量0.0001cm量級(jí)的微小滾動(dòng)摩擦系數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及滾動(dòng)摩擦測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置及測(cè)定方法。

背景技術(shù)

摩擦力是生活中無(wú)處不在的一種力，各種摩擦廣泛存在于我們的日常生活當(dāng)中。一般而言，兩個(gè)物體之間的滾動(dòng)摩擦力遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦力，因此在機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)里廣泛使用滾動(dòng)軸承來(lái)減小摩擦力，提高機(jī)械效率。

滾動(dòng)摩擦系數(shù)的計(jì)算與測(cè)量是研究滾動(dòng)摩擦的重點(diǎn)與核心，同時(shí)該系數(shù)的大小與物體的滾動(dòng)情況、支撐面材料性能、物體與支撐面接觸情況均有關(guān)，但是目前很少有直接用來(lái)測(cè)量滾動(dòng)摩擦力的儀器。目前用于測(cè)試滾動(dòng)摩擦力的方法主要集中在直接用力傳感器測(cè)量滾動(dòng)摩擦力，但是這種方法主要用于小球與橡膠等滾動(dòng)摩擦力較大的情景，或者通過(guò)加重載來(lái)可靠地測(cè)量滾動(dòng)摩擦力，尚未有儀器能實(shí)現(xiàn)單個(gè)滾子與剛性平面的這種微小滾動(dòng)摩擦力/系數(shù)的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)滾子與剛性平面之間的滾動(dòng)摩擦的測(cè)定，可以精確測(cè)量0.0001cm量級(jí)的微小滾動(dòng)摩擦系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置，包括：

底板；

兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組件，所述兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組件安裝在所述底板上，包括相互垂直的水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸；

平衡杠桿組件，所述平衡杠桿組件位于所述底板的上方且包括平衡杠桿、加載砝碼、第一平衡調(diào)節(jié)件和第二平衡調(diào)節(jié)件；所述平衡杠桿可俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)地與所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，從而使得所述平衡杠桿組件可繞所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)以及可與所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸同步進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)；所述加載砝碼用于安放在所述平衡杠桿的一端上；所述第一平衡調(diào)節(jié)件和第二平衡調(diào)節(jié)件分別單獨(dú)用于調(diào)節(jié)所述平衡杠桿處于水平狀態(tài)；

樣品臺(tái)組件，所述樣品臺(tái)組件包括樣品臺(tái)和滾動(dòng)摩擦副；所述樣品臺(tái)安裝在所述底板上且位于所述平衡杠桿的一端下方；所述滾動(dòng)摩擦副包括上試樣、下試樣和滾子，所述上試樣和所述下試樣用于分別對(duì)應(yīng)地安裝在所述平衡杠桿的一端和所述樣品臺(tái)上，所述滾子用于放置在所述上試樣和所述下試樣之間；

彈簧，所述彈簧有兩根，兩根所述彈簧對(duì)稱分布于所述平衡杠桿組件的相對(duì)兩側(cè)，所述彈簧的一端分別與所述平衡杠桿組件相連且另一端與所述底板相連；

角度測(cè)量單元，所述角度測(cè)量單元與所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的基于能量耗散的滾動(dòng)摩擦測(cè)試裝置，一方面，可單獨(dú)測(cè)量單個(gè)滾子滾動(dòng)摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)滾子與剛性平面之間的滾動(dòng)摩擦的測(cè)定，另一方面，可高精度測(cè)量滾動(dòng)摩擦系數(shù)，最低可測(cè)量0.0001cm量級(jí)的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，從而，為工業(yè)上軸承滾子與軸承內(nèi)外圈之間滾動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定提供了一種手段，并為摩擦學(xué)研究提供了更為精確的滾動(dòng)摩擦測(cè)試。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的一個(gè)實(shí)施例，所述兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組件還包括：

支承座，所述支承座安裝在所述底板上，所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸可水平轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述支承座上；

十字連接座，所述十字連接座連接所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)軸和所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸。